Техника высоких напряжений

зависят не только от всех факторов, перечисленных для газообразных образцов, но и от времени воздействия (скорости подъема) напряжения.

Формирование разряда в технически чистой жидкости при сравнительно длительном воздействии напряжения (секунды и более) связано с наличием и расположением в момент испытания в промежутке различного рода примесей, пузырьков, их накоплением, деформацией и т.д.

Поэтому разброс пробивных напряжений в жидкости будет больше, чем в газе, и, повторяем, будет сильно зависеть от скорости подъема напряжения. Следовательно, при испытаниях жидких образцов скорость нарастания напряжения должна быть строго лими-

жидкой изоляции также удовлетворительно аппроксимируется усеченным (от -3 до +3 ) интегральным распределением Гаусса, хотя отличие действительной кривой от нормального закона здесь может быть более заметно.

Для большинства практически важных случаев при известной (найденной) кривой распределения вероятностей пробоев по напряжениям за минимальное разрядное напряжение при идентичных

условиях опыта принимается Upmin Up 3 .

3.3.Содержание работы и порядок ее выполнения

1.Получить экспериментальные данные для определения статических характеристик пробоя при испытании воздушных и масляных промежутков при плавном подъеме напряжения промышленной частоты.

2.Построить по экспериментальным данным гистограммы для

график нормального распределения (интегральная кривая) и определить Umin.

4. Для полученных опытных данных по программе ЭВМ (по отдельной инструкции) построить гистограммы плотности вероят-

31

ности и вероятности пробоев для разных величин n. Рассчитать па-

раметры Up , σ, UP , и получить кривые дифференциального и

интегрального распределения Гаусса.

Работа выполняется на высоковольтной испытательной установке, которая приведена на рис. 3.2.

PV

HLR

KM1

KM SB1 SB2

KA1

KM3

Рис.3.2. Принципиальная схема испытательной установки

Включение обеспечивается с помощью рубильника QS1, кнопки SB1 (ВКЛ) и магнитного пускателя КМ. Отключение и защита – с помощью токового реле КА, автомата SF1 и кнопки SB2 (ОТКЛ).

При выполнении опытов использовать заданные преподавателем промежутки. Рекомендуется для получения приемлемых оценок выполнить N=50 опытов для каждого промежутка. Скорость подъема напряжения и условия проведения опытов выдержать, по возможности, постоянным. Для построения гистограммы по данным 50 опытов n принимается обычно в пределах 7-9. При работе с программой ЭВМ число диапазонов n можно менять.

Результаты измерений записать в табл. 5.1, а расчеты – в табл. 3.2.

32

Таблица 3.1

По полученным и рассчитанным данным построить гистограммы для pk(ΔUk) и Pi(Up Ui), интегральную кривую нормального распределения Гаусса в пределах ( 3 )…( 3 ).

Вероятность попадания нормально распределенной случайной величины U (в нашем случае - вероятность пробоя) в интервал (U1, U2) вычисляется по формуле

вероятности), некоторые значения которой приведены в таблице.

33

Таблица 3.3

Приведем расчет одной точки. Допустим, по экспериментальным

1 Ф 1 Ф 6 1 0,6827 1 0,1586 2 2

Интеграл вероятности является функцией нечетной и

Ф( U ) Ф(U ).

Аналогично рассчитываются все остальные точки в пределах от - 3σ – до

+3σ.

3.4.Содержание отчета

1.Цель работы и методика ее проведения.

2.Схема испытательной установки и параметров основного оборудования

3.Результаты испытаний и расчетов в виде таблиц и графиков.

4.Расчетные формулы и примеры расчета основных величин

(Up , σ, UP ).

5.Основные результаты, полученные по программе ЭВМ.

6.Выводы по работе.

34

3.5. Контрольные вопросы

1.Чем определяется разброс пробивных напряжений образцов изоляции?

2.Почему разброс пробивных напряжений жидкой изоляции больше, чем воздушной?

3.Является ли исчерпывающей характеристикой изоляционных

возможностей конструкции величинаUp ?

4.Поясните смысл основных параметров нормального распреде-

ления (σ, Up ).

5.Почему нормальное распределение Гаусса удовлетворительно аппроксимирует экспериментальную кривую P (Up = Ui) в пределах

Up 3 ?

6.Часто очень важной величиной для оценки изоляции является величина Up,min. Почему?

7.Определите необходимый объем испытаний для оценки Up и

σ при заданной величине погрешности.

Литература: [1], с.41-43; [3], с.78-81; [6], справочники и пособия по теории вероятности и математической статистике.

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В ОБМОТКАХ ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы:

а) ознакомиться со схемой и работой анализатора переходных процессов;

б) изучить методы определения перенапряжений в главной и продольной изоляции обмотки трансформатора при воздействии на обмотку грозовых импульсов.

35

Uуст(х) U0 .

Напряжение в некоторой точке х в произвольный момент переходного процесса может быть представлено в виде

k

U(x,t) Uуст(х) Uсв(x,t) Uуст (x) Uk (x)cos kt

k 1

где k - частота к-ой пространственной гармоники,

Uк (x) - функция распределения по x затухающих амплитуд собственных колебаний частоты .

Частота составляющих определяется параметрами эквивалентной схемы (рис.4.1),

а амплитуды зависят от рассматриваемой точки и краевых условий. Например, при глухом заземлении нейтрали U1(x), U2(x) и U3(x) распределены по длине обмотки, как показано на рис. 4.2,а – кривые 1, 2, 3. С ростом номера гармоники амплитуды быстро уменьшаются, поэтому для грубой оценки переходного процесса достаточно учитывать лишь три первые составляющие. Характерные кривые перенапряжения в обмотке в различные моменты времени представлены на рис.4.2. Кривая, проведенная через максимальные значения напряжения, возникающие в обмотке в различные моменты времени, называется огибающей максимальных потенциалов.

38

Рис. 4.2. Кривые распределения напряжения по обмотке трансформатора:

а– нейтраль заземлена; б – нейтраль изолирована;

---огибающая максимальных потенциалов; - - свободная (колебательная) составляющая напряжения; 1,2,3,5 – гармонические составляющие колебаний;

t0,t1,t2,t3,t4,t - распределение напряжения по обмотке в различные мо-

менты времени

Для приближенной оценки максимально возможных потенциалов в каждой точке обмотки можно считать, что гармонические колебания не затухают и период колебания Т всех гармоник одинаков. Тогда

k

U(x)макс Uуст(x) Uk (x)

k1

Uуст(x) Uуст(x) Uнач(х) 2Uуст(x) Uнач(х)

39

Как видно из рис. 4.2 максимальные напряжения при изолированной нейтрали наблюдаются на конце обмотки и могут достичь величин (1,7-1,9) U0 . Для трансформаторов с заземленной нейтра-

лью максимальное напряжение до (1,2-1,3) U0 наблюдается вблизи

Максимальные напряженности в продольной изоляции наблюдаются в начале обмотки в первый момент после падения волны. Величина максимального градиента мажет быть оценена по соотношению

dU U0 e x ; dx

где Ecp Uo - продольная напряженность при равномерном рас-

пределении напряжения вдоль обмотки.

В последующие моменты времени максимальные напряжения на продольной изоляции распространяются вглубь обмотки, при этом уменьшается их амплитуда.

Для снижения перенапряжений, возникающих на главной и продольной изоляции, в некоторых трансформаторах устанавливаются емкостные экраны в виде разомкнутых колец, соединенных с началом обмотки. В этом случае поперечные токи, оттекающие от обмотки через емкости Ci , компенсируются токами, подтекающими через емкости Cэi , и первоначальное распределение напряжения

вдоль обмотки выравнивается. Полное устранение колебательного процесса в обмотке трансформатора с заземленной нейтралью при Сi const наступает при условии

где i – номер катушки, считая от начала обмотки; m – число катушек в обмотке (рис.4.1).

40